m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MBIP-R0-100-2405 • Zamknięte (na dobieranie) • 1 pkt • Trudność: ★★★★☆

Zadanie 4

Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony

Wymaganie:

XI. Funkcjonowanie zwierząt. 2. […] 6) Regulacja nerwowa. Zdający: a) wyjaśnia istotę powstawania i przewodzenia impulsu nerwowego; wykazuje związek między budową neuronu a przewodzeniem impulsu nerwowego.

Treść zadania

Zadanie 4. (0–1)

Potencjał czynnościowy to krótko trwająca depolaryzacja błony neuronu i związana z nią repolaryzacja – powrót do stanu spoczynkowego. Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany przewodnictwa jonów Na⁺ i K⁺, towarzyszące fazom depolaryzacji i repolaryzacji potencjału czynnościowego.

Na wykresie: oś pionowa lewa – potencjał błonowy (mV) od −70 do +10; oś pozioma – czas (ms) od 0 do 1,0; oś pionowa prawa – przewodnictwo jonowe (j.u.) od niskie do wysokie. Krzywa potencjału czynnościowego (czarna) startuje od −70 mV, osiąga szczyt nieco powyżej +10 mV ok. 0,25 ms, ok. 0,6 ms spada poniżej −70 mV (krótka hiperpolaryzacja) i powoli wraca do −70 mV. Krzywa przewodnictwa Na⁺ (czerwona) rośnie i opada szybko (szczyt ok. 0,25 ms). Krzywa przewodnictwa K⁺ (niebieska) rośnie z opóźnieniem (szczyt ok. 0,45–0,5 ms) i opada wolno.

W przebiegu choroby – stwardnienia rozsianego – dochodzi do uszkodzenia osłonek mielinowych neuronów i w konsekwencji do osłabienia przewodzenia impulsu nerwowego. Poprawę przewodnictwa nerwowego można osiągnąć przez wydłużenie czasu trwania potencjału czynnościowego. W tym celu pacjentom podaje się bloker odpowiedniego kanału jonowego, dzięki czemu ogranicza się przewodnictwo jednego z jonów.

Na podstawie: S. Konturek (red.), Atlas fizjologii człowieka Nettera, Wrocław 2005.

Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.

Wydłużenie czasu trwania potencjału czynnościowego jest skutkiem podania

A. blokera kanału K⁺,

B. blokera kanału Na⁺,

który to bloker jest przyczyną wydłużenia fazy

1. depolaryzacji.

2. repolaryzacji.

Wykres przebiegu potencjału czynnościowego (potencjał błonowy w mV) oraz zmian przewodnictwa jonów Na⁺ i K⁺ w czasie od 0 do 1,0 ms.
Na podstawie: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 7

Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

A2 — bloker kanału K⁺, który wydłuża fazę repolaryzacji.

Uzasadnienie:

Co dzieje się normalnie podczas potencjału czynnościowego:

  1. Depolaryzacja: otwarcie kanałów Na⁺ → Na⁺ wpływa do komórki → potencjał wzrasta z −70 mV do wartości dodatnich (na wykresie nieco powyżej +10 mV).
  2. Repolaryzacja: zamknięcie Na⁺, otwarcie K⁺ → K⁺ wypływa → potencjał wraca do −70 mV.

Co dałby bloker Na⁺ (opcja B):

  • Brak napływu Na⁺ → brak depolaryzacji → brak potencjału czynnościowego → neuron nie przewodzi w ogóle. NIE wydłuża czasu — uniemożliwia powstanie potencjału. Niewłaściwe leczenie.

Co daje bloker K⁺ (opcja A):

  • Po depolaryzacji K⁺ nie może wypłynąć (kanał zablokowany) → komórka wolno wraca do −70 mV → wydłużona faza repolaryzacji.
  • Cały potencjał czynnościowy trwa dłużej → według tekstu poprawia to przewodzenie w neuronach z uszkodzoną mieliną.

→ A2 (bloker K⁺ wydłuża repolaryzację).

Typowy błąd / pułapka

Pułapka — bloker Na⁺ NIE wydłuża, tylko eliminuje potencjał. Blokery kanałów Na⁺ działają znieczulająco (np. lidokaina — neuron nie przewodzi impulsów bólowych). W SM byłby przeciwskuteczny.

Pułapka — odpowiedź "depolaryzacji". Faza depolaryzacji to Na⁺ wpływa (rosnąca część potencjału). Repolaryzacja to K⁺ wypływa (powrót do spoczynku). Bloker K⁺ → wpływa na K⁺-zależną fazę = repolaryzację.

Pułapka — wykres. Faza depolaryzacji: przewodnictwo Na⁺ wzrasta. Faza repolaryzacji: przewodnictwo K⁺ wzrasta (z opóźnieniem). Blokowanie kanału K⁺ = wydłużenie fazy, w której K⁺ jest aktywny = repolaryzacji.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 4 - potencjał czynnościowy, stwardnienie rozsiane
Strona 7 arkusza CKE 2024 PR biologia - zadanie 4 (wykres potencjału czynnościowego + zadanie A/B 1/2). Na podstawie: CKE 2024 / S. Konturek, Atlas fizjologii Nettera Oryginalny PDF CKE, str. 7

Klucz pojęciowy — potencjał czynnościowy

FazaCo się dziejeKanałJon
SpoczynekMembrana spolaryzowana (−70 mV)Na⁺/K⁺-ATPaza utrzymuje gradientNa⁺ na zewnątrz, K⁺ wewnątrz
DepolaryzacjaPotencjał wzrasta do wartości dodatnich (na wykresie nieco powyżej +10 mV)Otwierają się kanały Na⁺ napięcioweNa⁺ wpływa do komórki
RepolaryzacjaPotencjał wraca do −70 mVKanały Na⁺ zamknięte, otwierają się K⁺ napięcioweK⁺ wypływa z komórki
HiperpolaryzacjaPotencjał krótko spada poniżej −70 mVCzęść kanałów K⁺ nadal otwartaK⁺ wypływa nadal
Stan spoczynkuPowrót do −70 mVPompa Na/K przywraca gradient—

Analiza wykresu

Przewodnictwo Na⁺ (czerwony):

  • Wzrasta gwałtownie w fazie depolaryzacji (szczyt ok. 0,25 ms).
  • Spada szybko (inaktywacja kanałów Na⁺).
  • Wraca do poziomu wyjściowego ok. 0,55 ms.

Przewodnictwo K⁺ (niebieski):

  • Wzrasta z opóźnieniem względem Na⁺.
  • Szczyt (ok. 0,5 ms) w fazie repolaryzacji.
  • Opada powoli.

Potencjał (czarny):

  • Spoczynek: −70 mV.
  • Szczyt: nieco powyżej +10 mV (depolaryzacja).
  • Powrót do −70 mV (repolaryzacja).
  • Krótka hiperpolaryzacja (poniżej −70 mV) → spoczynek.

Analiza: dlaczego blok K⁺?

Problem w SM: osłonki mielinowe uszkodzone → potencjał czynnościowy rozprasza się i może nie dotrzeć do następnego węzła Ranviera → utrata impulsu.

Rozwiązanie: wydłużyć potencjał = zwiększyć szanse, że “dotrze”.

Sposób: zablokować K⁺ → bez wypływu K⁺ komórka nie wraca szybko do −70 mV → potencjał utrzymuje się dłużej.

Lek: 4-aminopirydyna (4-AP) = fampridyna = dalfampridine (nazwa handlowa Fampyra/Ampyra). Bloker kanałów K⁺ Kv. Zarejestrowany w 2010-2011 dla pacjentów SM z osłabieniem chodu.

Dlaczego NIE Na⁺?

Bloker Na⁺ = nie pozwala na napływ Na⁺ → brak depolaryzacji → brak potencjału czynnościowego w ogóle. To znieczulenie (lidokaina), nie wzmocnienie sygnału.

W SM neuron chce przewodzić — problem polega na słabej propagacji. Blokowanie Na⁺ pogłębiłoby problem.

Punktacja CKE

  • 4. 1 pkt — A2.

Po co to umieć

Stwardnienie rozsiane (SM, MS) = autoimmunologiczna choroba demielinizacyjna:

  • Limfocyty T atakują mielinę osłonek aksonów w OUN.
  • Skutek: spowolnienie / blok przewodzenia → niedowłady, zaburzenia widzenia, koordynacji.
  • Częściej chorują kobiety.

Leczenie SM:

  1. Leki modyfikujące przebieg choroby (immunomodulujące), np. okrelizumab, natalizumab, fingolimod, kladrybina, ofatumumab.
  2. Leczenie objawowe poprawiające przewodzenie: fampridyna = bloker kanałów K⁺ — wykorzystuje zależność opisaną w zadaniu.
  3. Glikokortykosteroidy w rzutach (metyloprednizolon).

Lidokaina (bloker kanałów Na⁺) — działa odwrotnie: znieczula miejscowo; stosuje się ją też w leczeniu niektórych zaburzeń rytmu serca.

Tetrodotoksyna (TTX) — silna toksyna ryb rozdymkowatych (fugu), wybiórczo blokuje kanały Na⁺.

Wniosek: kanały jonowe są ważnym punktem działania leków i toksyn.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „neurofizjologia, potencjał czynnościowy, depolaryzacja, repolaryzacja, stwardnienie rozsiane” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl